微生物遗传育种课件,基因重组与育种
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《基因重组杂交育种》课件
生物制药
抗体药物研发
疫苗研发
基因重组杂交育种可以帮助生物制药 领域快速筛选和开发出具有疗效的抗 体药物，用于治疗癌症、自身免疫性 疾病等重大疾病。
基因重组杂交育种可以帮助生物制药 领域研发出新型疫苗，用于预防和治 疗传染病，提高人类健康水平。
蛋白质药物研发
基因重组杂交育种可以帮助生物制药 领域研发出具有特定功能的蛋白质药 物，用于治疗遗传性疾病、代谢性疾 病等。
基因重组杂交育种的挑战与前
04
景
技术挑战与解决方案
技术难题
基因重组杂交育种技术涉及到复杂的生物分子结构和功能，目前仍存在许多技 术难题，如基因定位、重组和表达调控等。
ห้องสมุดไป่ตู้解决方案
针对这些技术难题，科研人员正在不断探索新的技术和方法，如基因编辑技术 、基因组学和蛋白质组学技术等，以提高基因重组杂交育种的成功率和效率。
《基因重组杂交育种 》PPT课件
目录
• 基因重组杂交育种概述 • 基因重组杂交育种技术 • 基因重组杂交育种的应用 • 基因重组杂交育种的挑战与前景 • 案例分析
01 基因重组杂交育种概述
定义与重要性
定义
基因重组杂交育种是指通过基因重组技术，将不同品种或种 质的优良性状集中于一个品种中，以创造新品种的育种方法 。
社会伦理问题与解决方案
社会伦理问题
基因重组杂交育种技术涉及到人类 和动物的基因改造，引发了广泛的社 会伦理关注，如安全性、隐私权和生 物多样性等问题。
解决方案
为解决这些社会伦理问题，需要制定 和完善相关法律法规和伦理准则，加 强监管和公众参与，同时加强科研人 员的伦理意识和责任感。
未来发展前景与展望
抗除草剂玉米
微生物 10-4、5、6第十章 微生物的遗传变异和育种
工程菌的稳定性问题
由工程菌产生的珍稀药物如：胰岛素、干扰素、 人生长激素、乙肝表面抗原、人促红细胞生成 素、重组链激酶等都已先后供应市场，不仅保 证了这些药物的来源，而且使成本大大降低。 但工程菌在发酵生产和保存过程中表现出不稳 定性，具体表现为：质粒的丢失；重组质粒发 生DNA片断脱落；表达产物不稳定。 工程菌的稳定与否，与重组质粒本身的分子组 成、宿主细胞生理和遗传性以及环境条件等因 素有关。
性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否 则生产或科研都无法正常进行。 影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染； c ）死亡。
一、菌种的衰退与复壮
衰退：菌种出现或表现出负变性状
菌种衰退的原因： ①大量群体中的自发突变
自发突变
纯菌种
不纯菌种
传代增殖
衰退菌种
原始个体
突变个体 菌种衰退的原因： ②分离现象。 菌种衰退的原因： ③培养条件与传代。
准性杂交育种
第五节 分子育种（基因工程育种）
一、基因工程 定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使 物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的 生物新品系。
特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性
二、基因工程的基本操作 获得目的基因
选择基因载体
体外重组 外源基因导入 筛选和鉴定
应用
通过基因工程改变后的菌株被称为“工程菌”， 工程菌已逐渐应用于药物的微生物发酵生产中， 主要有以下几个方面：①增加生物合成基因量而 增加抗生素产量；②导入强启动子或抗性基因而 增加抗生素产量；③把两种不同的生物合成基因 在体外重组后再导入受体而产生杂交抗生素；④ 激活沉默基因，以其产生新的生物活性物质或提 高抗生素产量；⑤把异源基因克隆到宿主中表达， 以期彻底改变生产工艺。
基因重组育种
无毒无害，融合率高，需要电融合仪，费用高。
• 1998 年陈五岭等又报道了激光诱导动物细胞融合。此外， 其融合率还受其它诸因素的影响。
毒性小，仪器昂贵，操作难度高，很难推广。
原生质体融合技术的步骤
• 离心分离，洗涤菌体 • 酶解脱壁 • 原生质体再生及剩余菌数的测定 • 制备的原生质体去除酶液 • 促融 • 融合子再生 • 融合子筛选
参与融合的亲株数并不限于一个，可以多至三个、 四个，这是一般常规杂交所达不到的。
（3）重组频率特别高，因为有聚乙二醇作助融剂。
（4）可以和其他育种方法相结合，把由其它方法得到 的优良性状通过原生质体融合再组合到一个单株中。
（5）可以用温度、药物、紫外线等处理、钝化亲株的 一方或双方，然后使之融合，再在再生菌落中筛选重组 子。这样往往可以提高筛选效率。
• 应用灭活原生质体作为遗传标记选择融合子
原生质体经紫外线照射、加热或经某些化学药剂的 处理，可使其丧失在再生培养基上再生的能力，而只能 作为遗传物质的供体。从而只根据另一亲株特性设计选 择条件而选择融合子。周东坡等通过紫外线照射灭活原 生质体融合选育了啤酒酵母新菌株。用0.11 %碘乙酸， 30 ℃处理产阮假丝酵母( Candida utilis ) 原生质体40min 后，与啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) 的原生质体融 合，利用形态差异选择融合子。
选定几种有特定整合 位点的 Hfr 菌株，使 之与F–菌株进行接合，
并在不同时间使其中 断，最后，根据F–中 出现Hfr菌株中各种形
状的时间顺序（分
钟），可以绘出较为
完整的环状染色体图 （chromosome map）。
中 断 杂 交 试 验
位点特异性重组
• 1998 年陈五岭等又报道了激光诱导动物细胞融合。此外， 其融合率还受其它诸因素的影响。
毒性小，仪器昂贵，操作难度高，很难推广。
原生质体融合技术的步骤
• 离心分离，洗涤菌体 • 酶解脱壁 • 原生质体再生及剩余菌数的测定 • 制备的原生质体去除酶液 • 促融 • 融合子再生 • 融合子筛选
参与融合的亲株数并不限于一个，可以多至三个、 四个，这是一般常规杂交所达不到的。
（3）重组频率特别高，因为有聚乙二醇作助融剂。
（4）可以和其他育种方法相结合，把由其它方法得到 的优良性状通过原生质体融合再组合到一个单株中。
（5）可以用温度、药物、紫外线等处理、钝化亲株的 一方或双方，然后使之融合，再在再生菌落中筛选重组 子。这样往往可以提高筛选效率。
• 应用灭活原生质体作为遗传标记选择融合子
原生质体经紫外线照射、加热或经某些化学药剂的 处理，可使其丧失在再生培养基上再生的能力，而只能 作为遗传物质的供体。从而只根据另一亲株特性设计选 择条件而选择融合子。周东坡等通过紫外线照射灭活原 生质体融合选育了啤酒酵母新菌株。用0.11 %碘乙酸， 30 ℃处理产阮假丝酵母( Candida utilis ) 原生质体40min 后，与啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) 的原生质体融 合，利用形态差异选择融合子。
选定几种有特定整合 位点的 Hfr 菌株，使 之与F–菌株进行接合，
并在不同时间使其中 断，最后，根据F–中 出现Hfr菌株中各种形
状的时间顺序（分
钟），可以绘出较为
完整的环状染色体图 （chromosome map）。
中 断 杂 交 试 验
位点特异性重组
基因工程育种微生物遗传育种
基因工程育种与微生物遗 传育种
• 基因工程育种与微生物遗传育种概述 • 基因工程育种技术 • 微生物遗传育种技术 • 基因工程育种与微生物遗传育种的应
用 • 基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
01
基因工程育种与微生物遗传育种概述
基因工程育种定义与特点
定义
基因工程育种是通过基因工程技术对 生物体的基因进行改造，以达到改良 生物性状和提高产量等目的的育种方 法。
工业领域的应用
工业酶
利用基因工程技术生产具有特殊功能的工业酶，广泛应用于洗涤 剂、食品、纺织和制药等行业。
生物燃料
通过基因工程技术改良微生物，生产高效、环保的生物燃料，减少 对化石燃料的依赖。
生物材料
利用基因工程技术生产具有特殊性能的生物材料，如可降解塑料、 生物纤维等，替代传统石化材料。
05
基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
技术挑战与伦理问题
技术挑战
基因工程育种和微生物遗传育种技术需要高 水平的科学知识和技术能力，同时面临着技 术难度大、成本高、周期长等问题。
伦理问题
基因工程育种和微生物遗传育种涉及到人类 基因和生命形式的改变，可能引发伦理和道 德方面的争议，需要慎重考虑和规范。
未来发展方向与前景
精准育种
随着基因组学和生物信息学的发展，基因工程育种和微生物遗传育种将更加精准和高效， 能够更好地满足农业生产和生物医药等领域的需求。
VS
细胞工厂构建
通过代谢工程手段改造微生物细胞，使其 具备生产特定化学品、燃料或材料的能力 。
04
基因工程育种与微生物遗传育种的应
用
医药领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术修复或替换缺陷基因，以达到治疗 遗传性疾病和恶性肿瘤等疾病的目。
• 基因工程育种与微生物遗传育种概述 • 基因工程育种技术 • 微生物遗传育种技术 • 基因工程育种与微生物遗传育种的应
用 • 基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
01
基因工程育种与微生物遗传育种概述
基因工程育种定义与特点
定义
基因工程育种是通过基因工程技术对 生物体的基因进行改造，以达到改良 生物性状和提高产量等目的的育种方 法。
工业领域的应用
工业酶
利用基因工程技术生产具有特殊功能的工业酶，广泛应用于洗涤 剂、食品、纺织和制药等行业。
生物燃料
通过基因工程技术改良微生物，生产高效、环保的生物燃料，减少 对化石燃料的依赖。
生物材料
利用基因工程技术生产具有特殊性能的生物材料，如可降解塑料、 生物纤维等，替代传统石化材料。
05
基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
技术挑战与伦理问题
技术挑战
基因工程育种和微生物遗传育种技术需要高 水平的科学知识和技术能力，同时面临着技 术难度大、成本高、周期长等问题。
伦理问题
基因工程育种和微生物遗传育种涉及到人类 基因和生命形式的改变，可能引发伦理和道 德方面的争议，需要慎重考虑和规范。
未来发展方向与前景
精准育种
随着基因组学和生物信息学的发展，基因工程育种和微生物遗传育种将更加精准和高效， 能够更好地满足农业生产和生物医药等领域的需求。
VS
细胞工厂构建
通过代谢工程手段改造微生物细胞，使其 具备生产特定化学品、燃料或材料的能力 。
04
基因工程育种与微生物遗传育种的应
用
医药领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术修复或替换缺陷基因，以达到治疗 遗传性疾病和恶性肿瘤等疾病的目。
《遗传育种技术》课件
突变可导致遗传疾病的出现， 也可为生物进化提供原材料。
基因重组与染色体变异
基因重组是生物体在有性生殖过 程中，通过同源染色体的配对和 交换实现基因重新组合的过程。
染色体变异包括染色体结构变异 和数目变异，可导致遗传疾病和
生殖障碍。
基因重组和染色体变异是生物进 化的重要机制之一，有助于生物
适应环境变化。
《遗传育种技术》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 遗传育种技术概述 • 遗传育种技术的基本原理 • 现代遗传育种技术 • 遗传育种技术的应用实例 • 遗传育种技术的未来展望
01
遗传育种技术概述
遗传育种技术的定义
遗传育种技术是指利用生物遗传和变 异规律，通过选择、繁殖、杂交、诱 变等方法，改良和培育动植物新品种 的技术。
遗传育种技术是现代农业和生物技术 的重要组成部分，对于提高农业生产 效率、增加农产品产量和质量、满足 人类生产和生活需求具有重要意义。
遗传育种技术的发展历程
传统育种阶段
以选择育种为主，通过选择优良性状进 行繁殖，提高品种的产量和品质。
诱变育种阶段
利用物理、化学、生物等方法诱导基 因突变，培育出具有新性状的新品种
基因与遗传
基因是遗传信息的基 本单位，负责编码蛋 白质和调控生命活动 。
遗传信息通过DNA 的复制和转录传递， 并受到表观遗传修饰 的影响。
基因通过遗传从亲代 传递给子代，决定个 体的性状和特征。
基因突变与遗传变异
基因突变是基因序列的偶然变 化，可导致遗传信息的丢失或 改变。
突变可自发产生，也可由环境 因素诱导产生，如辐射、化学 物质等。
微生物 10-1第十章 微生物的遗传变异和育种
R100质粒 质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 质粒 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性 汞（mercuric ion ，mer）四环素（tetracycline，tet ）链霉素 ）四环素（ ， (Streptomycin, Str)、磺胺 、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素 、 (Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸（fusidic acid，fus） 、夫西地酸（ ， ） 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。
3、质粒的类型 、
严谨型质粒(stringent plasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数 严谨型质粒 ：复制行为与核染色体的复制同步， 松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数 松弛型质粒 ：复制行为与核染色体的复制不同步，
窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid) 窄宿主范围质粒 只能在一种特定的宿主细胞中复制） （只能在一种特定的宿主细胞中复制） 广宿主范围质粒(broad host range plasmid) 广宿主范围质粒 可以在许多种细菌中复制） （可以在许多种细菌中复制）
因子） （2）抗性因子（Resistance factor，R因子） ）抗性因子（ ， 因子
包括抗药性和抗重金属二大类，简称 质粒 质粒。 包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。
抗性转移因子（ 抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因 ） R质粒 质粒 抗性决定因子： 抗性决定因子：抗性基因
《微生物基因工程》课件
02
微生物基因工程的基本技 术
基因克隆技术基ຫໍສະໝຸດ 克隆技术定义基因克隆技术是一种将特定基因或基因片段分离出来，并在体外进行复制、剪切、拼接等 操作，最终将重组的基因或基因片段导入受体细胞，实现基因的体外操作和扩增的技术。
基因克隆技术原理
基因克隆技术的核心原理是DNA的半保留复制。通过将外源DNA片段插入到载体DNA中 ，形成重组DNA，然后将重组DNA导入到宿主细胞中，实现外源DNA的扩增。
利用基因工程改造微生物，提高生物 燃料的产量和效率，降低生产成本。
药物生产
通过基因工程手段改良微生物，实现 高效的药物生产，降低生产成本。
环境保护
利用基因工程改造微生物，提高污染 物的降解效率和速度，降低环境污染 。
农业领域
通过基因工程手段改良农作物，提高 农作物的抗逆性和产量，改善农业生 产效益。
改良农作物优点
通过基因工程技术，可以提高农作物的抗逆性、产量和品 质，为农业生产的发展做出贡献。
改良农作物挑战
改良农作物需要经过严格的试验和审批，确保安全性、有效性和 可持续性。同时需要加强农业技术的推广和应用，提高农民的素
质和能力。
04
微生物基因工程的前景与 挑战
微生物基因工程的发展前景
生物燃料
基因操作技术
包括基因克隆、转化、表达等关键技 术，是实现基因工程应用的基础。
微生物基因工程的历史与发展
起源
20世纪70年代，随着DNA双螺旋结构的发现和分子生物学的兴起 ，基因工程技术开始起步。
发展历程
经历了从简单到复杂、从单一到多基因的转化，技术不断进步，应 用领域不断扩大。
未来展望
随着基因编辑技术的发展，微生物基因工程将更加精准、高效，有 望在生物医药、生物能源等领域发挥更大作用。
微生物的遗传变异和育种PPT课件
实验设计者
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
微生物遗传育种
原生质体融合操作示意图
五、基因工程育种
20世纪70年代 包括基因工程、分子定向进化等 以微生物本身为出发菌株利用基因工程方法进行改造而获得
的工程菌，或者是将微生物甲的某种基因导入到乙中，使后 者具有前者的某些性状或表达前者的某些基因产物而获得的 新菌种。 优点：克服远缘杂交的不亲和障碍、定向改变生物性状 缺点：可能会引起生态危机、技术难度大
3.溶源性转变
概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主 的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。
区别： 当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新 性状 温和噬菌体是完整的，不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子
16
基因重组（gene recombination）：通过两个具有不同优良性状的亲本菌株 杂交达到基因重组，使两个亲本的优良性状集中到一个重组菌株内。
杂交育种(Hybridization breeding)：一般是指人为利用真核微生物的有性 杂交或准性生殖，或原核微生物的接合、转导和转化等过程，促使两个具不 同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得性能优良的生产菌株。
诱变育种的特点
诱变育种存在一定的盲目性和随机性，但操作简便、突变率高、突 变谱广，不仅能提高产量、改进质量，还能扩大产品种类和简化工艺条 件，用于代谢控制育种和杂交育种。因此，发酵工业的优良菌种的选育 主要采用诱变育种方法。
长期诱变会出现产量性状难以继续提高的问题，菌株生活能力一般 会逐渐下降，例如生长周期延长，孢子量减少，代谢减慢，产量增加缓 慢等。
常见微生物菌种保藏方法比较
基因重组杂交育种
05
实验室里通过提取获得
02
游离的ＤＡＮ片断叫转化因子
04
自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，
4、转化因子
转导(Transduction)
1
通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称转导。
2
转导又分为: 普遍性转导 局限性转导，两类。
202X
CIICK HERE TO ADD A TITLE
单击添加副标题
基因重组杂交育种
凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起重新组合，形成新遗传型个体的方式，称基因重组
基 因 重 组
01
02
03
04
转导(Transduction)
接合(Conjugation)
原生质体融合
转化（Transformation)
3
1、普遍性转导 (Generalized transduction)
噬菌体可误包供体菌中的任何基因，并使受体菌实现各种性状的转导，称为普遍性转导。
分两种： 完全转导
流产转导
完全普遍转导(Complete transduction)
在鼠伤寒沙门氏菌的完全转导实验中转导媒介P22噬菌体在野生型菌株供体菌内发育时，极少数（10-6~10-8）噬菌体将与噬菌体头部DNA芯子相仿的供体菌DNA片段误包入其中，因此形成了完全不含噬菌体本身DNA的假噬菌体，当假噬菌体将外源DNA片段导入营养缺陷型菌株受体菌内时，由于导入的供体DNA片段可与受体染色体组上的同源区段配对，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，形成了遗传性稳定的转导子。
2
准性杂交 （Parasexual hybridization)
第八章微生物的遗传变异与育种ppt课件
（8） 易于形成营养缺陷型；
（9） 各种微生物一般都有相应的病毒；
（10） 存在多种处于进化过程中的原始有性 其它许多主要的生物学基本理 论问题中最热衷的研究对象。
❖对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物 学和生物工程学的发展，而且为育种工作提供了丰富的理 论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、 从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
（movable gene）。
转座因子
定义：可在DNA链上改变自身位置的一段DNA序列。
原核生物中的转座子类型 转座的遗传效应
插入（IS）序列
转座子(Tn)
特殊病毒（Mu噬 菌体）
插入序列（IS，insertion sequence)
分子量最小（仅0.7~1.4kb），只有引起转座的转座酶基 因而不含其它基因，具有反向末端重复序列。已在染色体、 F因子等质粒上发现IS序列。E . coli的F因子和核染色体组 上有一些相同的IS，通过这些同源序列间的重组，就可使 F因子插入到E . coli的核染色体组上，形成Hfr菌株。因IS 在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效 应也不同。IS被切离时引起的突变可以回复，如果因切离 部位有误而带走IS以外的一部分DNA序列，就会在插入部 位造成缺失，从而发生新的突变。
第八章 微生物的遗传变异与育种
➢ 第一节 遗传变异的物质基础 ➢ 第二节 微生物的基因组结构 ➢ 第三节 质粒和转座因子 ➢ 第四节 基因突变及修复 ➢ 第五节 基因重组 ➢ 第六节 微生物育种 ➢ 第七节 菌种的衰退、复壮与保藏
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
❖ 遗传：亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和 功能，
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2020/8/10
F因子基因组有三个主要的基因丛，分别负责插入、 复制和转移的功能。
A. 转移区（Transfer-region）：是一个操纵子，由22 个基因组成，33kb，位于F因子结构图的60～93kb之 间。其中，tra J、A、L、E、N、B、W、V、C、U、 F、H这些基因与性菌毛的合成与装配有关；tra Y、Z、 M、I、G、D等基因产物与DNA的转移有关；traG和 traN的基因产物与细菌结合有关；traS和traT的基因 产物与表面排斥有关。
第三章 基因重组与育种
引言
基因重组（Gene recombination）：凡把两个不同性 状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新 组合，形成新遗传个体的方式，称遗传重组（Genetic recombination）。
2020/8/10
2020/8/10
重组与突变的不同点：
突变是指一个细胞的同一个基因组中某一 点或某一DNA片段发生的变异；而重组是来自 两个细胞的不同基因组间遗传物质交换的结果 ，重组可在微生物细胞不发生突变的情况下形 成新的基因型与表型。
Lederberg 和Tatum认为在两个细菌的亲本细胞 在接合过程中起同等作用—即E.coli 的性系统被认 为是同宗配合。
1952年，W. Hayes利用Lederberg 和Tatum所做的 杂交实验，对（A）Met－Bio－（Sms或Smr）×（B） Thr－Leu－B1－ （Smr或Sms）进行研究。结果表明， 在杂交期间，两品系所起的作用是不同的，是一种 单向异宗配合过程，两品系在获得的同时发生了性 别的变化。其中，供体品系相当于雄性，而受体品 系相当于雌性。
2020/8/10
2、F因子的存在
（1）E.coli 的某些种（如品系A）记为F＋，带有一 个性因子，或致育因子F（fertility factor），而另 一个不育型品系记作F－，记不带有性因子； （2）杂交F＋ × F－是可育的，杂交F－ × F－是不育 的； （3）F因子可以传递，从F＋到F－细菌，但必须通 过细胞接触； （4）F因子能够自发丧失，一旦丧失就不再恢复， 除非通过另一个F＋细胞在传递过来。 F＋细胞经低 浓度的吖啶橙处理后丧失F因子，也会偶尔自发地 或经紫外线处理丧失。
性菌毛的功能：A. 是两性细胞接合时转移 DNA的通道，又叫性纤毛桥（sex pili bridge）； B. 又是特异phage吸附的部位。
2020/8/10
（二）接合作用的证明
1、转化作用的排除
由于在报道 接合试验结果 之前转化实验 已经是众所周 知，因此有人 怀疑该结果是 由转化所导致 的。1950年， B.D.Davis设计 了U形管实验否 定了这一推测 （见右图）
2020/8/10
2、互养的排除 营养缺陷型细菌通过培养基交换养料而产生的
现象称为互养。 Lederberg 和 Tatum将培养过一种营养缺陷型
细菌的培养基经过灭菌、过滤，然后加入到另一 营养缺陷型菌培养物中。即使前一种菌在培养、 灭菌、过滤之前曾发生过裂解，也不能是后一种 菌产生原养型。
2020/8/10
3、回复突变的排除 若要发生两种突变的回复突变，其几率为10－12，
2020/8/10
B. 复制区（replication-region）：位于F因子结 构图谱的40～49kb，包含一个特异的复制蛋白基 因frp（F replication proteins）、决定不相容性 基因inc（incompatibility）和一个复制起始点 oriV（vegetative origin of replication）。
2020/8/10
3、F因子及F＋细胞的特性
F＋是一种可遗传性状，能够自我复制，类似于染色 体基因，但不是染色体基因，其转移的频率可高达70％ 以上。
F因子是独立于染色体外的小型环状DNA分子，具有 自体复制及转移到其他细胞中去的能力。大小约是细菌 基因组DNA的2％，分子量为6.3 × 106d、94.5kb。整个 基因组编码94个蛋白质，其中1／3的基因与接合作用有 关。
对接合现象的解释：
（1）可能是细菌接合后发生基因重组的结果； （2）细菌并没有接合，而是交换了DNA（转化）； （3）细菌细胞并没有接合，而是通过培养基交换 了养料，即互养； （4）细菌细胞并没有接合，而是亲本细菌发生了 回复突变的结果； （5）虽经接合而未发生基因重组，只是形成异核 体或杂合二倍体。
接合（Conjugation）：指供体菌与受体菌的完 整细胞经过直接接触而传递大段DNA（包括质粒） 遗传信息的现象。
2020/8/10
（一）接合现象的发现
2020/8/10
1946年，J. Lederberg和 E. L. Tatum将 来自E.coli K12的两种营 养缺陷型菌株 混合培养，其 遗传标记如图。 结果在单独培 养的平板上无 菌落，而在混 合培养的平板 上长出了原养 型菌落。
这是不可能的。
2020/8/10
4、异核体和杂合二倍体的排除
A＋B— A—B＋
A—B＋ A＋B—
A＋B＋
异核体
杂合二倍体
单倍重组体
异核体和杂合二倍体的遗传性状不稳定，在传 代过程中会发生性状分离，但事实恰恰相反，原 养型菌落的基因型是稳定的，证明是单倍重组体。
2020/8/10
（三）接合的机制
1、接合作用中两菌株性别的存在
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杂交（Hybridization）:是指不同基因型的亲本个体或 细胞（指单细胞生物）交配而产生子代的过程。 重组是分子水平上的概念，而杂交是细胞水平上的概念。 杂交中必然含有重组，但重组则不限于杂交这一种形式。
2020/8/10
第一节 细菌、放线菌的接合及育种
一、细菌的接合作用
C. 插入区（insertion region）：位于F因子结构图 谱的93～17.6kb，包含四个插入序列，IS3有直接 重复的两个，另外两个是IS2和 γ δ ，它们主要与F 因子的整合、切除、易位有关。
2菌毛，即 F＋细胞表面都有性菌毛。F性菌毛分布在大肠杆 菌的表面，数目与F因子相当，长度为1～20um。
F因子基因组有三个主要的基因丛，分别负责插入、 复制和转移的功能。
A. 转移区（Transfer-region）：是一个操纵子，由22 个基因组成，33kb，位于F因子结构图的60～93kb之 间。其中，tra J、A、L、E、N、B、W、V、C、U、 F、H这些基因与性菌毛的合成与装配有关；tra Y、Z、 M、I、G、D等基因产物与DNA的转移有关；traG和 traN的基因产物与细菌结合有关；traS和traT的基因 产物与表面排斥有关。
第三章 基因重组与育种
引言
基因重组（Gene recombination）：凡把两个不同性 状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新 组合，形成新遗传个体的方式，称遗传重组（Genetic recombination）。
2020/8/10
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重组与突变的不同点：
突变是指一个细胞的同一个基因组中某一 点或某一DNA片段发生的变异；而重组是来自 两个细胞的不同基因组间遗传物质交换的结果 ，重组可在微生物细胞不发生突变的情况下形 成新的基因型与表型。
Lederberg 和Tatum认为在两个细菌的亲本细胞 在接合过程中起同等作用—即E.coli 的性系统被认 为是同宗配合。
1952年，W. Hayes利用Lederberg 和Tatum所做的 杂交实验，对（A）Met－Bio－（Sms或Smr）×（B） Thr－Leu－B1－ （Smr或Sms）进行研究。结果表明， 在杂交期间，两品系所起的作用是不同的，是一种 单向异宗配合过程，两品系在获得的同时发生了性 别的变化。其中，供体品系相当于雄性，而受体品 系相当于雌性。
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2、F因子的存在
（1）E.coli 的某些种（如品系A）记为F＋，带有一 个性因子，或致育因子F（fertility factor），而另 一个不育型品系记作F－，记不带有性因子； （2）杂交F＋ × F－是可育的，杂交F－ × F－是不育 的； （3）F因子可以传递，从F＋到F－细菌，但必须通 过细胞接触； （4）F因子能够自发丧失，一旦丧失就不再恢复， 除非通过另一个F＋细胞在传递过来。 F＋细胞经低 浓度的吖啶橙处理后丧失F因子，也会偶尔自发地 或经紫外线处理丧失。
性菌毛的功能：A. 是两性细胞接合时转移 DNA的通道，又叫性纤毛桥（sex pili bridge）； B. 又是特异phage吸附的部位。
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（二）接合作用的证明
1、转化作用的排除
由于在报道 接合试验结果 之前转化实验 已经是众所周 知，因此有人 怀疑该结果是 由转化所导致 的。1950年， B.D.Davis设计 了U形管实验否 定了这一推测 （见右图）
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2、互养的排除 营养缺陷型细菌通过培养基交换养料而产生的
现象称为互养。 Lederberg 和 Tatum将培养过一种营养缺陷型
细菌的培养基经过灭菌、过滤，然后加入到另一 营养缺陷型菌培养物中。即使前一种菌在培养、 灭菌、过滤之前曾发生过裂解，也不能是后一种 菌产生原养型。
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3、回复突变的排除 若要发生两种突变的回复突变，其几率为10－12，
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B. 复制区（replication-region）：位于F因子结 构图谱的40～49kb，包含一个特异的复制蛋白基 因frp（F replication proteins）、决定不相容性 基因inc（incompatibility）和一个复制起始点 oriV（vegetative origin of replication）。
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3、F因子及F＋细胞的特性
F＋是一种可遗传性状，能够自我复制，类似于染色 体基因，但不是染色体基因，其转移的频率可高达70％ 以上。
F因子是独立于染色体外的小型环状DNA分子，具有 自体复制及转移到其他细胞中去的能力。大小约是细菌 基因组DNA的2％，分子量为6.3 × 106d、94.5kb。整个 基因组编码94个蛋白质，其中1／3的基因与接合作用有 关。
对接合现象的解释：
（1）可能是细菌接合后发生基因重组的结果； （2）细菌并没有接合，而是交换了DNA（转化）； （3）细菌细胞并没有接合，而是通过培养基交换 了养料，即互养； （4）细菌细胞并没有接合，而是亲本细菌发生了 回复突变的结果； （5）虽经接合而未发生基因重组，只是形成异核 体或杂合二倍体。
接合（Conjugation）：指供体菌与受体菌的完 整细胞经过直接接触而传递大段DNA（包括质粒） 遗传信息的现象。
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（一）接合现象的发现
2020/8/10
1946年，J. Lederberg和 E. L. Tatum将 来自E.coli K12的两种营 养缺陷型菌株 混合培养，其 遗传标记如图。 结果在单独培 养的平板上无 菌落，而在混 合培养的平板 上长出了原养 型菌落。
这是不可能的。
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4、异核体和杂合二倍体的排除
A＋B— A—B＋
A—B＋ A＋B—
A＋B＋
异核体
杂合二倍体
单倍重组体
异核体和杂合二倍体的遗传性状不稳定，在传 代过程中会发生性状分离，但事实恰恰相反，原 养型菌落的基因型是稳定的，证明是单倍重组体。
2020/8/10
（三）接合的机制
1、接合作用中两菌株性别的存在
2020/8/10
杂交（Hybridization）:是指不同基因型的亲本个体或 细胞（指单细胞生物）交配而产生子代的过程。 重组是分子水平上的概念，而杂交是细胞水平上的概念。 杂交中必然含有重组，但重组则不限于杂交这一种形式。
2020/8/10
第一节 细菌、放线菌的接合及育种
一、细菌的接合作用
C. 插入区（insertion region）：位于F因子结构图 谱的93～17.6kb，包含四个插入序列，IS3有直接 重复的两个，另外两个是IS2和 γ δ ，它们主要与F 因子的整合、切除、易位有关。
2菌毛，即 F＋细胞表面都有性菌毛。F性菌毛分布在大肠杆 菌的表面，数目与F因子相当，长度为1～20um。